(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー共振器内に配置された固体レーザー媒質を側面励起することにより単一横モードでレーザー発振させるレーザー発振方法において、
円柱形状を備えたロッド状の固体レーザー媒質のロッド径を、レーザー共振器の共振器長に応じて、前記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径の変化を示す曲線と前記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴うモードボリューム径の変化を示す曲線とが、一点のみで接点を持つカーブを描くようなロッド径とし、
前記有効励起ボリューム径とは、前記固体レーザー媒質における励起状態の分布のうちで、実際にレーザー発振に寄与している場所である有効励起ボリュームの中で励起状態が同心円状に分布している領域の該同心円の最外円の直径であり、
前記モードボリューム径とは、前記レーザー共振器の構成により決定される単一横モードのレーザー光のビームの直径である
ことを特徴とするレーザー発振方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザー発振方法において、
前記レーザー共振器の共振器長は７６ｃｍであり、
前記ロッド径は１．７ｍｍであり、
波長１０６４ｎｍのレーザー光をレーザー発振する
ことを特徴とするレーザー発振方法。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザー発振方法において、
前記レーザー共振器にＱスイッチを配置してパルス発振させる
ことを特徴とするレーザー発振方法。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザー発振方法において、
前記レーザー共振器にモードロッカーを配置し、
前記レーザー共振器の共振器長を前記レーザー共振器の実効長
実効長＝ｃ／４ν
ｃ：光速度
ν：モードロッカーに印加した高周波信号の周波数
とした
ことを特徴とするレーザー発振方法。
【請求項５】
それぞれモードロッカーを備えた２つのレーザー共振器内にそれぞれ配置された固体レーザー媒質をそれぞれ側面励起することにより、同期したパルスレーザー光を単一横モードでレーザー発振させるレーザー発振方法において、
第１のモードロッカーと第１の固体レーザー媒質とを備えた第１のレーザー共振器と、
第２のモードロッカーと第２の固体レーザー媒質とを備えた第２のレーザー共振器と
を有し、
円柱形状を備えたロッド状の前記第１の固体レーザー媒質のロッド径を、前記第１のレーザー共振器の共振器長に応じて、前記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径の変化を示す曲線と前記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴うモードボリューム径の変化を示す曲線とが、一点のみで接点を持つカーブを描くようなロッド径とし、
円柱形状を備えたロッド状の前記第２の固体レーザー媒質のロッド径を、前記第２のレーザー共振器の共振器長に応じて、前記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径の変化を示す曲線と前記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴うモードボリューム径の変化を示す曲線とが、一点のみで接点を持つカーブを描くようなロッド径とし、
前記有効励起ボリューム径とは、前記固体レーザー媒質における励起状態の分布のうちで、実際にレーザー発振に寄与している場所である有効励起ボリュームの中で励起状態が同心円状に分布している領域の該同心円の最外円の直径であり、
前記モードボリューム径とは、前記レーザー共振器の構成により決定される単一横モードのレーザー光のビームの直径であって、
前記第１のレーザー共振器の共振器長は１００ｃｍであり、前記第１の固体レーザー媒質のロッド径は２ｍｍであり、波長１０６４ｎｍのレーザー光をレーザー発振し、
前記第２のレーザー共振器の共振器長は１００ｃｍであり、前記第２の固体レーザー媒質のロッド径は２．６ｍｍであり、波長１３１９ｎｍのレーザー光をレーザー発振する
ことを特徴とするレーザー発振方法。
【請求項６】
レーザー共振器内に固体レーザー媒質を配置し、前記固体レーザー媒質の側面から励起光を入射して前記固体レーザー媒質を側面励起することにより、単一横モードでレーザー発振させる固体レーザー装置において、
円柱形状を備えたロッド状の固体レーザー媒質は、レーザー共振器の共振器長に応じて、前記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径の変化を示す曲線と前記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴うモードボリューム径の変化を示す曲線とが、一点のみで接点を持つカーブを描くようなロッド径を備え、
前記有効励起ボリューム径とは、前記固体レーザー媒質における励起状態の分布のうちで、実際にレーザー発振に寄与している場所である有効励起ボリュームの中で励起状態が同心円状に分布している領域の該同心円の最外円の直径であり、
前記モードボリューム径とは、前記レーザー共振器の構成により決定される単一横モードのレーザー光のビームの直径である
ことを特徴とする固体レーザー装置。
【請求項７】
請求項６に記載の固体レーザー装置において、
前記レーザー共振器の共振器長を７６ｃｍとし、
前記ロッド径を１．７ｍｍとし、
波長１０６４ｎｍのレーザー光をレーザー発振する
ことを特徴とする固体レーザー装置。
【請求項８】
請求項７に記載の固体レーザー装置において、
前記レーザー共振器に配置されたＱスイッチを備える
ことを特徴とする固体レーザー装置。
【請求項９】
請求項６に記載の固体レーザー装置において、
前記レーザー共振器に配置されたモードロッカーを備え、
前記レーザー共振器の共振器長を前記レーザー共振器の実効長
実効長＝ｃ／４ν
ｃ：光速度
ν：モードロッカーに印加した高周波信号の周波数
とした
ことを特徴とする固体レーザー装置。
【請求項１０】
それぞれモードロッカーを備えた２つのレーザー共振器内にそれぞれ配置された固体レーザー媒質をそれぞれ側面励起することにより、同期したパルスレーザー光を単一横モードでレーザー発振させる固体レーザー装置において、
第１のモードロッカーと第１の固体レーザー媒質とを備えた第１のレーザー共振器と、
第２のモードロッカーと第２の固体レーザー媒質とを備えた第２のレーザー共振器と
を有し、
円柱形状を備えたロッド状の前記第１の固体レーザー媒質は、前記第１のレーザー共振器の共振器長に応じて、前記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径の変化を示す曲線と前記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴うモードボリューム径の変化を示す曲線とが、一点のみで接点を持つカーブを描くようなロッド径を備え、
円柱形状を備えたロッド状の前記第２の固体レーザー媒質は、前記第２のレーザー共振器の共振器長に応じて、前記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径の変化を示す曲線と前記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴うモードボリューム径の変化を示す曲線とが、一点のみで接点を持つカーブを描くようなロッド径を備え、
前記有効励起ボリューム径とは、前記固体レーザー媒質における励起状態の分布のうちで、実際にレーザー発振に寄与している場所である有効励起ボリュームの中で励起状態が同心円状に分布している領域の該同心円の最外円の直径であり、
前記モードボリューム径とは、前記レーザー共振器の構成により決定される単一横モードのレーザー光のビームの直径であって、
前記第１のレーザー共振器の共振器長を１００ｃｍとし、前記第１の固体レーザー媒質のロッド径を２ｍｍとし、波長１０６４ｎｍのレーザー光をレーザー発振させ、
前記第２のレーザー共振器の共振器長を１００ｃｍとし、前記第２の固体レーザー媒質のロッド径を２．６ｍｍとし、波長１３１９ｎｍのレーザー光をレーザー発振させる
ことを特徴とする固体レーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー発振方法および固体レーザー装置に関し、さらに詳細には、単一横モードでレーザー発振させるレーザー発振方法および固体レーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザー共振器内を往復する光は、ある特定の状態（モード）にて発振することが知られている。
【０００３】
こうしたモードのなかで横モードの０次の状態は、単一横モード（ＴＥＭ００モード）と称されている。一方、高次のものを含んだ場合は、マルチモードと呼ばれている。
【０００４】
ここで、単一横モードでのレーザー発振により得られるレーザー光は、その光軸に対して垂直の断面から見た場合に強度分布がガウス分布（正規分布）をしており、他のモードでのレーザー発振により得られるレーザー光と比較すると、最も集光性に優れていることが知られている。
【０００５】
このため、単一横モードでのレーザー発振により得られるレーザー光は、レーザー加工などを含む様々な技術分野において利用されている。特に、単一横モードでのレーザー発振により得られるレーザー光をレーザー加工に用いた場合には、切り幅が狭く、断面がなめらかな切断、所謂、ファインカッティングを行うことが可能になる。
【０００６】
ところで、レーザー媒質としてレーザー結晶などのロッド状に形成された固体レーザー媒質を単一横モードでレーザー発振させるには、固体レーザー媒質内の有効励起ボリューム径とモードボリューム径とを等しくするか、あるいは、有効励起ボリューム径よりモードボリューム径を大きくするように各種の設定を調整する必要がある。
【０００７】
ここで、有効励起ボリューム径とモードボリューム径とについて説明するが、まず、図１を参照しながら、有効励起ボリューム径について説明する。
【０００８】
即ち、図１には、紙面に対して垂直方向に沿って軸方向が延長する円柱形状を備えたロッド状の固体レーザー媒質１０が示されている。
【０００９】
このような固体レーザー媒質１０の外周面、即ち、側面１０ａからレーザーダイオード（ＬＤ）などにより励起光を入射して、固体レーザー媒質１０を励起すると、固体レーザー媒質１０内には励起状態となった部分が発生する。
【００１０】
上記した固体レーザー媒質１０内の励起状態には、図１において破線で示すように、励起光を吸収した度合いに応じて分布が生じる（図１における破線は、励起光を吸収した度合いが異なる領域の境界を概念的に示す。）。こうした励起状態の分布のうちで実際にレーザー発振に寄与している場所を有効励起ボリュームと称し、有効励起ボリュームの中で励起状態が同心円状に分布している領域の当該同心円の最外円の直径を有効励起ボリューム径と称している。なお、有効励起ボリューム径は、ωｐによりあらわす。
【００１１】
また、モードボリューム径とは、固体レーザー装置のレーザー共振器の構成により決定される単一横モードのレーザー光のビームの直径たるビーム径である（図２を参照する。）。なお、有効励起ボリューム径は、ωｃによりあらわす。
【００１２】
ところで、図１を参照しながら説明した固体レーザー媒質１０の外周面、即ち、側面１０ａからレーザーダイオード（ＬＤ）などにより励起光を入射して固体レーザー媒質１０を励起する励起手法たる側面励起（サイドポンプ）の場合には、励起状態の分布が同心円状になり難く、単一横モードのレーザー発振モードが得られ難いことが指摘されていた。
【００１３】
このため、従来の側面励起の固体レーザー装置においては、有効励起ボリューム径に応じて、例えば、レーザー共振器の共振器長を変化したり、あるいは、レーザー共振器内の出力ミラーやリアミラーの曲率を変化したりすることにより、モードボリューム径を慎重に微調整して単一横モードのレーザー発振モードを得るようしていた。
【００１４】
しかしながら、レーザー出力を変化させるために励起光の強度（励起強度）を変化させた場合には、有効励起ボリューム径が変化するとともに、熱レンズの大きさも変化するため、有効励起ボリューム径とモードボリューム径との関係が変化することになり、単一横モードのレーザー発振モードを維持することが困難であるという問題点があった。即ち、ある一定の励起強度において、単一横モードのレーザー発振モードを維持することができていたとしても、レーザー光出力を変化させるために励起強度を変化すると、有効励起ボリューム径とモードボリューム径との関係も変化して、レーザー発振モードが高次モード（マルチモード）になってしまい、単一横モードで安定してレーザー発振させることができないという問題点があった。
【００１５】
また、従来の側面励起の固体レーザー装置において、Ｑスイッチなどを用いてパルス発振させる場合には、励起強度を一定に維持していても、パルス発振の繰り返し周波数を変化させると、固体レーザー媒質に蓄積されるエネルギーが変化するため、熱レンズの大きさが変化するようになる。その結果、有効励起ボリューム径とモードボリューム径との関係も変化してしまい、単一横モードのレーザー発振モードを維持することができなくなるという問題点があった。
【００１６】
なお、上記のようにレーザー共振器の構成などを変化させることにより、有効励起ボリューム径とモードボリューム径との関係が変化して単一横モードが維持できないという問題点を解決する手法としては、レーザー共振器内にアパーチャーを挿入し、レーザー共振器内を往復するモードを強制的に制限する手法が知られている。
【００１７】
しかしながら、この手法によれば、安定した単一横モードのレーザー発振を維持することは可能ではあるが、レーザー共振器内に損失が生じるため効率が低下するという新たな問題点を招来するものであった。
【００１８】
また、従来の側面励起の固体レーザー装置のレーザー共振器内にモードロッカーを配置したモードロックレーザーにおいては、モードロッカーに外部よりある特定の高周波信号を印加して、パルス幅がピコ秒程度の短パルスレーザー光を発生させるが、この場合に、印加した高周波信号の周波数に対応して、式（１）に示す条件を満たすようにレーザー共振器の実効長Ｌを正確に設定する必要がある。
【００１９】
Ｌ＝ｃ／４ν    ・・・  式（１）
ｃ：光速度
ν：印加した高周波信号の周波数
一般に、上記した式（１）に示す条件を満たすためには、レーザー共振器内のミラーの曲率を変化させたり、レンズを挿入するなどの措置が必要であった。
【００２０】
ところで、上記したようなモードロックレーザーにおいて、和周波発生や差周波発生などの波長変換を行う場合や、時間分解分光法のひとつであるポンプ＆プローブ法による分光測定を行う場合などでは、異なる二つの固体レーザー装置から出力される短パルスレーザー光の繰り返しを正確に同期させる必要がある。
【００２１】
ここで、異なる二つの固体レーザー装置から出力される短パルスレーザー光の繰り返しを正確に同期させるためには、レーザー共振器の実効長を正確に合わせる必要があるが、異なる二つの固体レーザー装置から出力される短パルスレーザー光の波長が異なる場合には、同一の固体レーザー媒質を使用している場合でもレーザー共振器内に生じる熱レンズの大きさが異なることになる。
【００２２】
このため、異なる二つの固体レーザー装置においてレーザー共振器の実効長を正確に合わせることは難しく、両方の固体レーザー装置をともに最適な状態、即ち、式（１）に示す条件を満たすようにレーザー共振器の実効長Ｌを正確に設定することは困難であるという問題点があった。  
なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザー発振モードとして単一横モードを安定して維持することができるようにしたレーザー発振方法および固体レーザー装置を提供しようとするものである。
【００２４】
また、本発明の目的とするところは、異なる二つの固体レーザー装置から出力される短パルスレーザー光の繰り返しを正確に同期させることができるようにしたレーザー発振方法および固体レーザー装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明は、固体レーザー装置の固体レーザー媒質として、レーザー共振器の共振器長やロッド状の固体レーザー媒質に生じる熱レンズの大きさに合わせて選択されたロッド径の固体レーザー媒質を用いるようにしたものである。
【００２６】
従って、本発明によれば、固体レーザー装置の固体レーザー媒質のロッド径をレーザー共振器の共振器長に応じて選択することにより、広範囲の長さのレーザー共振器において、単一横モードでのレーザー発振を安定して維持することができるようになる。
【００２７】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、レーザー共振器内に配置された固体レーザー媒質を側面励起することにより単一横モードでレーザー発振させるレーザー発振方法において、円柱形状を備えたロッド状の固体レーザー媒質のロッド径を、レーザー共振器の共振器長に応じて、上記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径の変化を示す曲線と上記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴うモードボリューム径の変化を示す曲線とが、一点のみで接点を持つカーブを描くようなロッド径とし、上記有効励起ボリューム径とは、上記固体レーザー媒質における励起状態の分布のうちで、実際にレーザー発振に寄与している場所である有効励起ボリュームの中で励起状態が同心円状に分布している領域の該同心円の最外円の直径であり、上記モードボリューム径とは、上記レーザー共振器の構成により決定される単一横モードのレーザー光のビームの直径であるようにしたものである。
【００２８】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記レーザー共振器の共振器長は７６ｃｍであり、上記ロッド径は１．７ｍｍであり、波長１０６４ｎｍのレーザー光をレーザー発振するようにしたものである。
【００２９】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項２に記載の発明において、上記レーザー共振器にＱスイッチを配置してパルス発振させるようにしたものである。
【００３０】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記レーザー共振器にモードロッカーを配置し、上記レーザー共振器の共振器長を上記レーザー共振器の実効長
実効長＝ｃ／４ν
ｃ：光速度
ν：モードロッカーに印加した高周波信号の周波数
とするようにしたものである。
【００３１】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、それぞれモードロッカーを備えた２つのレーザー共振器内にそれぞれ配置された円柱形状を備えたロッド状の固体レーザー媒質をそれぞれ側面励起することにより、同期したパルスレーザー光を単一横モードでレーザー発振させるレーザー発振方法において、第１のモードロッカーと第１の固体レーザー媒質とを備えた第１のレーザー共振器と、第２のモードロッカーと第２の固体レーザー媒質とを備えた第２のレーザー共振器とを有し、円柱形状を備えたロッド状の上記第１の固体レーザー媒質のロッド径を、上記第１のレーザー共振器の共振器長に応じて、上記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径の変化を示す曲線と上記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴うモードボリューム径の変化を示す曲線とが、一点のみで接点を持つカーブを描くようなロッド径とし、円柱形状を備えたロッド状の上記第２の固体レーザー媒質のロッド径を、上記第２のレーザー共振器の共振器長に応じて、上記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径の変化を示す曲線と上記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴うモードボリューム径の変化を示す曲線とが、一点のみで接点を持つカーブを描くようなロッド径とし、上記有効励起ボリューム径とは、上記固体レーザー媒質における励起状態の分布のうちで、実際にレーザー発振に寄与している場所である有効励起ボリュームの中で励起状態が同心円状に分布している領域の該同心円の最外円の直径であり、上記モードボリューム径とは、上記レーザー共振器の構成により決定される単一横モードのレーザー光のビームの直径であって、上記第１のレーザー共振器の共振器長は１００ｃｍであり、上記第１の固体レーザー媒質のロッド径は２ｍｍであり、波長１０６４ｎｍのレーザー光をレーザー発振し、上記第２のレーザー共振器の共振器長は１００ｃｍであり、上記第２の固体レーザー媒質のロッド径は２．６ｍｍであり、波長１３１９ｎｍのレーザー光をレーザー発振するようにしたものである。
【００３２】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、レーザー共振器内に固体レーザー媒質を配置し、上記固体レーザー媒質の側面から励起光を入射して前記固体レーザー媒質を側面励起することにより、単一横モードでレーザー発振させる固体レーザー装置において、円柱形状を備えたロッド状の固体レーザー媒質は、レーザー共振器の共振器長に応じて、上記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径の変化を示す曲線と上記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴うモードボリューム径の変化を示す曲線とが、一点のみで接点を持つカーブを描くようなロッド径を備え、上記有効励起ボリューム径とは、上記固体レーザー媒質における励起状態の分布のうちで、実際にレーザー発振に寄与している場所である有効励起ボリュームの中で励起状態が同心円状に分布している領域の該同心円の最外円の直径であり、上記モードボリューム径とは、上記レーザー共振器の構成により決定される単一横モードのレーザー光のビームの直径であるようにしたものである。
【００３３】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の固体レーザー装置において、上記レーザー共振器の共振器長を７６ｃｍとし、上記ロッド径を１．７ｍｍとし、波長１０６４ｎｍのレーザー光をレーザー発振するようにしたものである。
【００３４】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の固体レーザー装置において、上記レーザー共振器に配置されたＱスイッチを備えるようにしたものである。
【００３５】
また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の固体レーザー装置において、上記レーザー共振器に配置されたモードロッカーを備え、上記レーザー共振器の共振器長を前記レーザー共振器の実効長
実効長＝ｃ／４ν
ｃ：光速度
ν：モードロッカーに印加した高周波信号の周波数
とするようにしたものである。
【００３６】
また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、それぞれモードロッカーを備えた２つのレーザー共振器内にそれぞれ配置された固体レーザー媒質をそれぞれ側面励起することにより、同期したパルスレーザー光を単一横モードでレーザー発振させる固体レーザー装置において、第１のモードロッカーと第１の固体レーザー媒質とを備えた第１のレーザー共振器と、第２のモードロッカーと第２の固体レーザー媒質とを備えた第２のレーザー共振器とを有し、円柱形状を備えたロッド状の上記第１の固体レーザー媒質は、上記第１のレーザー共振器の共振器長に応じて、上記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径の変化を示す曲線と上記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴うモードボリューム径の変化を示す曲線とが、一点のみで接点を持つカーブを描くようなロッド径を備え、円柱形状を備えたロッド状の上記第２の固体レーザー媒質は、上記第２のレーザー共振器の共振器長に応じて、上記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径の変化を示す曲線と上記固体レーザー媒質の励起強度の変化に伴うモードボリューム径の変化を示す曲線とが、一点のみで接点を持つカーブを描くようなロッド径を備え、上記有効励起ボリューム径とは、上記固体レーザー媒質における励起状態の分布のうちで、実際にレーザー発振に寄与している場所である有効励起ボリュームの中で励起状態が同心円状に分布している領域の該同心円の最外円の直径であり、上記モードボリューム径とは、上記レーザー共振器の構成により決定される単一横モードのレーザー光のビームの直径であって、上記第１のレーザー共振器の共振器長を１００ｃｍとし、上記第１の固体レーザー媒質のロッド径を２ｍｍとし、波長１０６４ｎｍのレーザー光をレーザー発振させ、上記第２のレーザー共振器の共振器長を１００ｃｍとし、上記第２の固体レーザー媒質のロッド径を２．６ｍｍとし、波長１３１９ｎｍのレーザー光をレーザー発振させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００３７】
本発明は、以上説明したように構成されているので、レーザー発振モードとして単一横モードを安定して維持することができるようにしたレーザー発振方法および固体レーザー装置を提供することができるという優れた効果を奏する。
【００３８】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、異なる二つの固体レーザー装置から出力される短パルスレーザー光の繰り返しを正確に同期させることができるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるレーザー発振方法および固体レーザー装置の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００４０】
なお、以下の説明においては、それぞれ同一または相当する構成などについては、それぞれ同一の符号を付して示すことにより、それらの重複する説明は適宜に省略する。
【００４１】
図２には、本発明の実施の形態の一例による固体レーザー装置の概念構成説明図が示されている。なお、図２においては、理解を容易にするために、後述する励起ユニット１１０の内部構成については省略して図示した。
【００４２】
この固体レーザー装置１００は、出力ミラー１０２とリアミラー１０４とを有して構成されるレーザー共振器と、出力ミラー１０２とリアミラー１０４との間に配置されるとともに内部に円柱形状を備えたロッド状の固体レーザー媒質１１４を配置した励起ユニット１１０とを有して構成されている。
【００４３】
ここで、図３には、励起ユニット１１０のＩＩＩ−ＩＩＩ線による概略構成端面図が示されており、この図３を参照しながら励起ユニット１１０の詳細な構成を説明する。
【００４４】
即ち、励起ユニット１１０は、この固体レーザー装置１００により出力されるレーザー光の波長に対して透明な窓部を当該レーザー光の光路上に配置したケース１１２と、ケース１１２内において紙面に対して水平方向に沿って軸方向が延長するとともに両方の端面１１４ａ、１１４ｂが紙面の左右方向に位置するように配置された円柱形状を備えたロッド状の固体レーザー媒質１１４と、固体レーザー媒質１１４の外周面、即ち、側面１１４ｃに対向して配置された３個のレーザーダイオード１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃと、固体レーザー媒質１１４の側面１１４ｃを被覆するように配置されたフローチューブ１１８と、固体レーザー媒質１１４を挟んでレーザーダイオード１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃとそれぞれ対向するように配置された３個のリフレクター１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃとを有して構成されている。
【００４５】
以下に、上記した励起ユニット１１０の各構成についてさらに詳細に説明すると、まず、固体レーザー媒質１１４は、円柱形状の直径（以下、「ロッド径」と称する。）Ｄを所定の値に設定されている。ロッド径Ｄの値の決定の手法については、後に詳細に説明する。また、固体レーザー媒質１１４としては、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ単結晶やＴｉ：ＳｉＯ４単結晶などを用いるものである。
【００４６】
次に、レーザーダイオード１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃは、その発光面１１６ａＬ、１１６ｂＬ、１１６ｃＬを固体レーザー媒質１１４の中心Ｏへ向けるようにして側面１１４ｃに対向させて、側面１１４ｃの周りに等間隔に配置されており、発光面１１６ａＬ、１１６ｂＬ、１１６ｃＬから固体レーザー媒質１１４内へ、励起光として、例えば、波長８０８ｎｍで発光幅１ｃｍのレーザー光を入射する。なお、発光面１１６ａＬ、１１６ｂＬ、１１６ｃＬと固体レーザー媒質１１４の中心Ｏとの間の距離Ｘは、例えば、それぞれ４．５ｍｍに設定されている。
【００４７】
次に、フローチューブ１１８であるが、このフローチューブ１１８内には冷却用の純水が供給されており、フローチューブ１１８内を冷却用の純水が流れることにより、固体レーザー媒質１１４の熱負荷による影響が抑止される。
【００４８】
また、リフレクター１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、リフレクター１２０ａの反射面１２０ａＲを固体レーザー媒質１１４の中心Ｏへ向けるようにして固体レーザー媒質１１４を挟んでレーザーダイオード１１６ａの発光面１１６ａＬと対向させ、リフレクター１２０ｂの反射面１２０ｂＲを固体レーザー媒質１１４の中心Ｏへ向けるようにして固体レーザー媒質１１４を挟んでレーザーダイオード１１６ｂの発光面１１６ｂＬと対向させ、リフレクター１２０ｃの反射面１２０ｃＲを固体レーザー媒質１１４の中心Ｏへ向けるようにして固体レーザー媒質１１４を挟んでレーザーダイオード１１６ｃの発光面１１６ｃＬと対向させて、レーザーダイオード１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの発光面１１６ａＬ、１１６ｂＬ、１１６ｃＬから出射される励起光を遮ることのないように側面１１４ｃの周りに等間隔に配置されている。
【００４９】
従って、レーザーダイオード１１６ａの発光面１１６ａＬから出射されて固体レーザー媒質１１４を透過した励起光は、リフレクター１２０ａの反射面１２０ａＲにより反射されて固体レーザー媒質１１４へ再度入射される。同様に、レーザーダイオード１１６ｂの発光面１１６ｂＬから出射されて固体レーザー媒質１１４を透過した励起光は、リフレクター１２０ｂの反射面１２０ｂＲにより反射されて固体レーザー媒質１１４へ再度入射され、また、レーザーダイオード１１６ｃの発光面１１６ｃＬから出射されて固体レーザー媒質１１４を透過した励起光は、リフレクター１２０ｃの反射面１２０ｃＲにより反射されて固体レーザー媒質１１４へ再度入射される。
【００５０】
以上の構成において、レーザーダイオード１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの発光面１１６ａＬ、１１６ｂＬ、１１６ｃＬから出射される励起光を固体レーザー媒質１１４の側面１１４ｃに入射して、固体レーザー媒質１１４を側面励起すると、固体レーザー媒質１１４はレーザー発振してレーザー光を放射し、固体レーザー媒質１１４から放射されたレーザー光は出力ミラー１０２とリアミラー１０４とを有して構成されるレーザー共振器内を往復して増幅され、出力ミラー１０２からレーザー共振器の外部へ出力される。
【００５１】
この際に、固体レーザー媒質１１４のロッド径Ｄを後述する手法により決定した値に設定すると、レーザー発振モードとして単一横モードを安定して維持することができるようになる。
【００５２】
以下に、固体レーザー媒質１１４のロッド径Ｄを決定する手法について、上記した固体レーザー装置１００を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、固体レーザー装置１００は、具体的には次のような構成を備えるものとする。
【００５３】
まず、固体レーザー媒質１１４としては、波長１０６４ｎｍのレーザー光を発振するＮｄ：ＹＡＧ単結晶を用いた。
【００５４】
次に、レーザー共振器を構成する出力ミラー１０２とリアミラー１０４とは、いずれも曲率∞、即ち、フラットな平面鏡により構成した。
【００５５】
そして、出力ミラー１０２には、波長１０６４ｎｍのレーザー光の９０％を反射するように部分反射コーティング（反射率９０％）を施こし、レーザー共振器内を往復する波長１０６４ｎｍのレーザー光の一部を外部へ出力することができるようにした。
【００５６】
一方、リアミラー１０４には、波長１０６４ｎｍのレーザー光を全て反射するように反射コーティング（反射率９９．９％以上）を施こし、レーザー共振器内を往復するレーザー光を外部へ出力することがないようにした。
【００５７】
このレーザー共振器においては、出力ミラー１０２とリアミラー１０４との間の距離である共振器長Ｌ１を７６ｃｍに設定した。
【００５８】
また、レーザーダイオード１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃとしては、励起光として波長８０８ｎｍで発光幅１ｃｍのレーザー光を出力するものを用いた。
【００５９】
従って、上記した構成の固体レーザー装置１００においては、レーザーダイオード１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの波長８０８ｎｍのレーザー光により固体レーザー媒質１１４が励起され、励起された固体レーザー媒質１１４から放射された波長１０６４ｎｍのレーザー光はレーザー共振器内を往復し、その往復の間に増幅され、その一部が出力ミラー１０２から出力される。このとき、励起された固体レーザー媒質１１４たるＮｄ：ＹＡＧ単結晶は、上記した熱レンズ効果を示す。
【００６０】
ところで、上記において説明したように、単一横モードのレーザー発振を実現するためには、有効励起ボリューム径ωｐとモードボリューム径ωｃとの関係が、
ωｐ＝ωｃ  または  ωｐ＜ωｃ
となるように設定しなければならない。
【００６１】
即ち、
ωｐ＞ωｃ
の状態では、固体レーザー媒質内で単一横モードでは使用されない励起部分が生じるため、マルチモードでのレーザー発振となる。
【００６２】
また、ωｐ＜ωｃ
の状態では、発振できるモードが制限されて、単一横モードにてレーザー発振させることは可能である。しかしながら、
ωｐ＜＜ωｃ
の状態になると、ロスが生じて発振出力の効率が低下する。
【００６３】
さらに、
ωｐ＝ωｃ
の状態では、有効励起ボリューム径ωｐ内のエネルギーを最も効率的にレーザー共振器内を往復させることができるため、レーザー出力の効率は最大となる。
【００６４】
ここで、レーザー共振器の共振器長Ｌ１を７６ｃｍとし、固体レーザー媒質１１４としてロッド径Ｄが２ｍｍのＮｄ：ＹＡＧ単結晶を用いた場合には、本願発明者の実験によれば、有効励起ボリューム径ωｐとモードボリューム径ωｃとは、レーザーダイオード１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの励起強度（ＬＤ励起強度）に応じて図４（ａ）に示すように変化する。また、そのときのＬＤ励起強度とレーザー光出力との関係を示す固体レーザー装置１００の入出力特性は、図４（ｂ）に示すものとなる。
【００６５】
即ち、有効励起ボリューム径ωｐは、ＬＤ励起強度が増大するに従って徐々に増大するように変化することになる。一方、モードボリューム径ωｃは、ＬＤ励起強度の変化に応じて熱レンズの大きさが変化するため、ＬＤ励起強度が増大するに従って徐々に減少するが、ＬＤ励起強度がある値を超えると急激に増大するようになる。
【００６６】
このため、図４（ａ）において、ＬＤ励起強度が最も低いＡ点においては
有効励起ボリューム径ωｐ＜モードボリューム径ωｃ
であるので単一横モードとなり、ＬＤ励起強度が増大されてＢ点に至るまで
有効励起ボリューム径ωｐ＜モードボリューム径ωｃ
の状態が続き単一横モードが維持されるが、Ｂ点において
有効励起ボリューム径ωｐ＝モードボリューム径ωｃ
となり、単一横モードでありかつ効率が最大となる。
【００６７】
さらにＬＤ励起強度が増大されてＢ点を超えてＣ点に至るまでは、
有効励起ボリューム径ωｐ＞モードボリューム径ωｃ
の状態が続きマルチモードとなるが、Ｃ点において
有効励起ボリューム径ωｐ＝モードボリューム径ωｃ
となり、単一横モードでありかつ効率が最大となる。
【００６８】
さらにＬＤ励起強度が増大されると、
有効励起ボリューム径ωｐ＜モードボリューム径ωｃ
の状態とはなるが、Ｄ点においてはモードボリューム径ωｃの値が有効励起ボリューム径ωｐの値から大きく離れているためにロスが大きくなって、レーザー発振は止まる。
【００６９】
従って、図４（ａ）（ｂ）より、レーザー共振器の共振器長Ｌ１を７６ｃｍとし、固体レーザー媒質１１４としてロッド径Ｄが２ｍｍのＮｄ：ＹＡＧ単結晶を用いた場合には、安定的に単一横モードのレーザー発振状態を維持することができるのは、Ａ点からＢ点までのレーザー光出力が低い状態のときとなる。
【００７０】
次に、レーザー共振器の共振器長Ｌ１を７６ｃｍとし、固体レーザー媒質１１４としてロッド径Ｄが１．７ｍｍのＮｄ：ＹＡＧ単結晶を用いた場合には、本願発明者の実験によれば、有効励起ボリューム径ωｐとモードボリューム径ωｃとは、レーザーダイオード１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの励起強度（ＬＤ励起強度）に応じて図５（ａ）に示すように変化する。また、そのときのＬＤ励起強度とレーザー光出力との関係を示す固体レーザー装置１００の入出力特性は、図５（ｂ）に示すものとなる。
【００７１】
即ち、ＬＤ励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径ωｐの変化を示す曲線とＬＤ励起強度の変化に伴うモードボリューム径ωｃの変化を示す曲線とは、Ａ’点の一点のみで接点を持つカーブを描く。
【００７２】
即ち、ＬＤ励起強度が増大されてＡ’点に至るまで
有効励起ボリューム径ωｐ＜モードボリューム径ωｃ
の状態が続き単一横モードが維持され、Ａ’点において
有効励起ボリューム径ωｐ＝モードボリューム径ωｃ
となり、単一横モードでありかつ効率が最大となる。また、このとき、レーザー光出力も最大となる。
【００７３】
従って、図５（ａ）（ｂ）より、レーザー共振器の共振器長Ｌ１を７６ｃｍとし、固体レーザー媒質１１４としてロッド径Ｄが１．７ｍｍのＮｄ：ＹＡＧ単結晶を用いた場合には、ＬＤ励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径ωｐの変化を示す曲線とＬＤ励起強度の変化に伴うモードボリューム径ωｃの変化を示す曲線とは、Ａ’点の一点のみで接点を持つカーブを描くようになり、レーザー光出力が低い状態から最大となるときまで、安定的に単一横モードのレーザー発振状態を維持することができ、しかも、レーザー光出力が最大の点において最大の効率を得ることができる。
【００７４】
また、最大のレーザー光出力が得られるＡ’点においては、有効励起ボリューム径ωｐを示す曲線とモードボリューム径ωｃを示す曲線との傾きが等しいので、熱レンズに変動があった場合には、有効励起ボリューム径ωｐに対してモードボリューム径ωｃの変動を最小とすることができるようになる。
【００７５】
図４（ａ）（ｂ）および図５（ａ）（ｂ）を参照した上記した説明より、レーザー共振器の共振器長Ｌ１が７６ｃｍのレーザー共振器に対しては、固体レーザー媒質１１４としてロッド径が１．７ｍｍのものを選択することによって、単一横モードのレーザー発振において最適な入出力特性を得ることができるようになる。また、出力されるレーザー光のビーム品質は、
Ｍ２＜１．１
となる。
【００７６】
ここで、図６には、図５（ａ）（ｂ）に示すように、レーザー光出力が低い状態から最大となるときまで、安定的に単一横モードのレーザー発振状態を維持することができ、しかも、レーザー光出力が最大の点において最大の効率を得ることができるものであって、さらに、熱レンズに変動があった場合には、有効励起ボリューム径ωｐに対してモードボリューム径ωｃの変動を最小とすることができる固体レーザー装置１００における、レーザー共振器の共振器長Ｌ１と固体レーザー媒質１１４のロッド径Ｄとの関係が示されている。
【００７７】
即ち、この図６に示す共振器長Ｌ１とロッド径Ｄとの組み合わせを示す曲線上の共振器長Ｌ１とロッド径Ｄとの組み合わせを用いることにより、レーザー光出力が低い状態から最大となるときまで、安定的に単一横モードのレーザー発振状態を維持することができるようになるとともに、レーザー光出力が最大の点において最大の効率を得ることができるようになり、さらに、熱レンズに変動があった場合にも、有効励起ボリューム径ωｐに対してモードボリューム径ωｃの変動を最小とすることができる。つまり、図６を参照して、共振器の共振器長Ｌ１に最適な固体レーザー媒質１１４のロッド径を選択すると、ＬＤ励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径ωｐの変化を示す曲線とＬＤ励起強度の変化に伴うモードボリューム径ωｃの変化を示す曲線とは一点のみで接点を持つカーブを描くことになり、レーザー光出力中にＬＤ励起強度を変えたとしても、容易にマルチモードにはならず、単一横モードのレーザー発振を安定して維持することが可能となる。
【００７８】
次に、図７には、Ｑスイッチを備えた固体レーザー装置の概念構成説明図が示されている。
【００７９】
ここで、このＱスイッチを備えた固体レーザー装置２００と上記した固体レーザー装置１００とを比較すると、固体レーザー装置２００がＱスイッチ２０２を備えている点においてのみ両者は異なる。
【００８０】
このＱスイッチ２０２を備えた固体レーザー装置２００を用いて、ＬＤ励起強度を７５Ｗに固定し、Ｑスイッチ２０２の発振繰り返し周波数を変化させてパルスレーザー光を出力させた実験結果が、図８に示されている。なお、固体レーザー媒質１１４については、そのロッド径Ｄが２ｍｍと１．７ｍｍとのそれぞれのものについての実験結果を示した。
【００８１】
この固体レーザー装置２００においては、Ｑスイッチ２０２の繰り返し周波数の変化によって熱レンズが変化するため、Ｑスイッチ２０２の繰り返し周波数の変化に伴いレーザー共振器の構成により決まるモードボリューム径ωｃが図８に示すように変化する。
【００８２】
なお、このとき、ＬＤ励起強度を固定しているため、Ｑスイッチ２０２の繰り返し周波数を変化させても、有効励起ボリューム径ωｐの値にほとんど変化は見られない。
【００８３】
この図８に示す実験結果より、ロッド径２ｍｍの固体レーザー媒質１１４を用いた場合には、Ｑスイッチ２０２の繰り返し周波数が１ｋＨｚ以下では、
有効励起ボリューム径ωｐ＜モードボリューム径ωｃ
の状態であるため、単一横モードのレーザー発振となる。しかしながら、Ｑスイッチ２０２の繰り返し周波数が１ｋＨｚを超えると、
有効励起ボリューム径ωｐ＞モードボリューム径ωｃ
の状態となり、マルチモードでレーザー発振する。
【００８４】
一方、ロッド径１．７ｍｍの固体レーザー媒質１１４を用いた場合には、Ｑスイッチ２０２の全ての繰り返し周波数において
有効励起ボリューム径ωｐ＜モードボリューム径ωｃ
の状態であるため、常に単一横モードのレーザー発振とすることができる。
【００８５】
即ち、ロッド径１．７ｍｍの固体レーザー媒質１１４を用いると、Ｑスイッチ２０２により単一横モードでパルスレーザー発振の最中に、Ｑスイッチ２０２の繰り返し周波数を増加させても、安定した単一横モードでパルスレーザー発振を維持することができるようになる。このように、Ｑスイッチ２０２を用いてパルスレーザー発振を行う際にも、単一横モードを維持することが可能となる。
【００８６】
次に、図９には、モードロッカーを備えた固体レーザー装置の概念構成説明図が示されている。
【００８７】
この図９に示すモードロッカーを備えた固体レーザー装置３００と上記した固体レーザー装置１００とを比較すると、固体レーザー装置３００がモードロッカー３０２を備えている点においてのみ両者は異なる。
【００８８】
ここで、モードロッカーは、外部よりある特定の周波数の高周波信号を印加して短パルスレーザー光を発生するが、このとき、印加する高周波信号に対応して、レーザー共振器の実効長Ｌが、
Ｌ＝ｃ／４ν    ・・・  式（１）
ｃ：光速度
ν：印加した高周波信号の周波数
という条件を正確に満たす必要がある。
【００８９】
このモードロッカーにより決まるレーザー共振器の実効長Ｌにおいて、最適なロッド径の固体レーザー媒質１１４を選択することにより、レーザー光出力が低い状態から最大となるときまで、安定的に単一横モードのレーザー発振状態を維持することができ、しかも、レーザー光出力が最大の点において最大の効率を得ることができるものであって、さらに、熱レンズに変動があった場合には、有効励起ボリューム径ωｐに対してモードボリューム径ωｃの変動を最小とすることができることになる。
【００９０】
即ち、モードロッカーの周波数から算出されたレーザー共振器の実効長に最も適したロッド径の固体レーザー媒質を選択することにより、上記特性を持ったレーザー共振器を実現することができ単一横モードの光を維持することができる。
【００９１】
例えば、周波数νが７５ＭＨｚのモードロッカーを使用した場合には、実効長Ｌの値は１００ｃｍにする必要がある。図６を参照すると、１００ｃｍの実効長Ｌに対応するロッド径は２ｍｍとなり、従って、ロッド径が２ｍｍの固体レーザー媒質１１４を選択すれば、上記したように安定した単一横モードを得ることが可能となる。
【００９２】
ところで、２つの異なるモードロックレーザーにてパルスを同期させて出力させる場合に、２つの異なるモードロックレーザーからの出力の繰り返しを正確に合わせる必要がある。そして、この繰り返しを正確に合わせるためには、２つの異なるモードロックレーザーのレーザー共振器の実効長を正確に合わせる必要がある。
【００９３】
このとき、２つの異なるモードロックレーザーの発振波長が異なる場合には、熱レンズの大きさが異なることになるので、同一のロッド径の固体レーザー媒質を用いると最適な実効長が異なることになってしまうものである。
【００９４】
ここで、図１０は、固体レーザー装置１００において、波長１３１９ｎｍでレーザー発振させた場合におけるレーザー共振器の共振器長Ｌ１と固体レーザー媒質１１４たるＮｄ：ＹＡＧ単結晶のロッド径Ｄとの関係を示すグラフである。なお、出力ミラー１０２としては、波長１３１９ｎｍのレーザー光に対して９５％の反射率を持つ部分反射ミラーを用い、また、リアミラー１０４としては、波長１３１９ｎｍのレーザー光に対して９９．９％以上の反射率を持つ全反射ミラーを用いた。
【００９５】
なお、この条件でレーザー発振した場合には、固定レーザー媒質１１４のロッド径が２〜３ｍｍであるならば、４Ｗ以上のレーザー光出力が得られた。
【００９６】
ここで、波長１３１９ｎｍの発振線で固体レーザー媒質１１４たるＮｄ：ＹＡＧ単結晶をレーザー発振させると、波長１０６４ｎｍでのレーザー発振時に比べて熱レンズが強くなり、最適なレーザー共振器の実効長は短くなる。
【００９７】
即ち、一般的に、熱レンズの効果を弱めるためには、レーザー共振器の実効長を短くする必要がある。
【００９８】
このため、波長１０６４ｎｍでレーザー発振するレーザー共振器と波長１３１９ｎｍでレーザー発振するレーザー共振器との実効長を１００ｃｍに揃える場合には、波長１０６４ｎｍでレーザー発振するレーザー共振器における固体レーザー媒質１１４のロッド径を２．０ｍｍとし、波長１３１９ｎｍでレーザー発振するレーザー共振器における固体レーザー媒質１１４のロッド径を２．６ｍｍとすると、両者で完全に同期したパルスレーザー光を出力することができるようになるとともに、レーザー光出力が低い状態から最大となるときまで、安定的に単一横モードのレーザー発振状態を維持することができ、しかも、レーザー光出力が最大の点において最大の効率を得ることができるものであって、さらに、熱レンズに変動があった場合には、有効励起ボリューム径ωｐに対してモードボリューム径ωｃの変動を最小とすることができることになる。
【００９９】
なお、以上において説明した上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に説明するように変形してもよい。
【０１００】
（１）上記した実施の形態においては、固体レーザー媒質としてＮｄ：ＹＡＧ単結晶を用いた場合について説明したが、固体レーザー媒質はＮｄ：ＹＡＧ単結晶に限られるものではないことは勿論であり、円柱形状を備えたロッド状の形状を備えているのであれば種々の固体レーザー媒質を用いることができる。
【０１０１】
（２）上記した実施の形態においては、励起光の光源として３個のレーザーダイオードを用いたが、励起光の光源の個数は３個に限られるものではないことは勿論であり、励起光の光源は１個、２個あるいは４個以上備えるようにしてもよい。
【０１０２】
（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、切り幅が狭く、断面がなめらかな切断、所謂、ファインカッティングを行うレーザー加工に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】図１は、紙面に対して垂直方向に沿って軸方向が延長する円柱形状を備えたロッド状の固体レーザー媒質の概念構成説明図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態の一例による固体レーザー装置の概念構成説明図である。
【図３】図３は、励起ユニットのＩＩＩ−ＩＩＩ線による概略構成端面図である。
【図４】図４（ａ）は、レーザー共振器の共振器長を７６ｃｍとし、固体レーザー媒質としてロッド径が２ｍｍのＮｄ：ＹＡＧ単結晶を用いた場合において、ＬＤ励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径ωｐとモードボリューム径ωｃの変化を示すグラフであり、図４（ｂ）は、そのときのＬＤ励起強度とレーザー光出力との関係を表す固体レーザー装置の入出力特性を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）は、レーザー共振器の共振器長を７６ｃｍとし、固体レーザー媒質としてロッド径が１．７ｍｍのＮｄ：ＹＡＧ単結晶を用いた場合において、ＬＤ励起強度の変化に伴う有効励起ボリューム径ωｐとモードボリューム径ωｃの変化を示すグラフであり、図５（ｂ）は、そのときのＬＤ励起強度とレーザー光出力との関係を表す固体レーザー装置の入出力特性を示すグラフである。
【図６】図６は、波長１０６４ｎｍのレーザー光出力が低い状態から最大となるときまで、安定的に単一横モードのレーザー発振状態を維持することができ、しかも、レーザー光出力が最大の点において最大の効率を得ることができるものであって、さらに、熱レンズに変動があった場合には、有効励起ボリューム径ωｐに対してモードボリューム径ωｃの変動を最小とすることができる固体レーザー装置における、レーザー共振器の共振器長と固体レーザー媒質のロッド径との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、Ｑスイッチを備えた固体レーザー装置の概念構成説明図である。
【図８】図８は、Ｑスイッチを備えた固体レーザー装置を用いて、ＬＤ励起強度を７５Ｗに固定し、Ｑスイッチの発振繰り返し周波数を変化させてパルスレーザー光を出力させた場合における、有効励起ボリューム径ωｐの変化とモードボリューム径ωｃの変化との関係を表すグラフである。
【図９】図９は、モードロッカーを備えた固体レーザー装置の概念構成説明図である。
【図１０】図１０は、波長１３１９ｎｍのレーザー光出力が低い状態から最大となるときまで、安定的に単一横モードのレーザー発振状態を維持することができ、しかも、レーザー光出力が最大の点において最大の効率を得ることができるものであって、さらに、熱レンズに変動があった場合には、有効励起ボリューム径ωｐに対してモードボリューム径ωｃの変動を最小とすることができる固体レーザー装置における、レーザー共振器の共振器長と固体レーザー媒質のロッド径との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０５】
１０、１１４          固体レーザー媒質
１０ａ、１１４ｃ      固体レーザー媒質側面
１００、２００、３００      固体レーザー装置
１０２      出力ミラー
１０４      リアミラー
１１０      励起ユニット
１１２      ケース
１１４ａ、１１４ｂ    固体レーザー媒質端面
１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ    レーザーダイオード
１１６ａＬ、１１６ｂＬ、１１６ｃＬ  レーザーダイオードの発光面
１１８      フローチューブ
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ    リフレクター
１２０ａＲ、１２０ｂＲ、１２０ｃＲ  リフレクターの反射面
２０２      Ｑスイッチ
３０２      モードロッカー
【図１】
0004541272.tif 000002
【図２】
0004541272.tif 000003
【図３】
0004541272.tif 000004
【図４】
0004541272.tif 000005
【図５】
0004541272.tif 000006
【図６】
0004541272.tif 000007
【図７】
0004541272.tif 000008
【図８】
0004541272.tif 000009
【図９】
0004541272.tif 000010
【図１０】
0004541272.tif 000011